新颖高效乙炔黑-PTFE阴极制备及过氧化絮凝处理染料废水

论文摘要

传统的污水处理方法不能有效的处理难生物降解的有机污染物。电化学氧化法作为一种环境友好型技术受到人们的重视，但是由于其电极材料不易选择，如体系中使用的阴极材料对溶解氧的催化活性不高，体系中电流效率低，电极寿命不长。因此研制更加高效的电极材料，提高电极活性和电极寿命将成为今后的研究热点。本文用乙炔黑粉末作为催化剂，PTFE作为粘结剂，制作了新颖高效的用于电生H2O2的乙炔黑-PTFE阴极。在一个两电极的无隔膜电解池中，在通入空气流量为2L/min，电解液为0.05 M Na2SO4溶液的条件下，分别调查了乙炔黑和PTFE的比率，溶液pH值(3-11)，电流密度(5-20 mA cm-2)，表面憎水性对阴极活性和使用寿命的影响，并通过FTIR光谱，BET测量，SEM图像和CV循环曲线对阴极进行了表征。实验结果表明：（1）到目前为止，以空气作为溶解氧来源，阴极电解产生H2O2的活性是最高的，在pH=3，电流密度为20 mA cm-2，电解150 min后，H2O2的平均产生率为58.9 mg·L-1·h-1·cm-2，电流效率为92.7%。（2）一个稳定和合适的表面憎水性能大大的提高阴极的使用寿命。（3）该阴极有一个显著的恢复和再生的性能。本文还研究了乙炔黑-PTFE阴极和铁阳极组成的过氧化絮凝系统分别降解100mg/L的茜素红溶液、100 mg/L的刚果红溶液和茜素红和刚果红的混合溶液（50 mg/L的茜素红溶液和50 mg/L的刚果红溶液）。在不同的pH值和电流密度，调查了阴极电生H2O2和去除染料的性能。实验结果表明，pH3-9时，阴极采用空气供氧电生H2O2有很高的活性和很好的稳定性，过氧化絮凝方法能够很有效的去除染料，因为乙炔黑-PTFE阴极产生的H2O2和铁阳极产生的Fe2+能够发生Fenton反应产生氧化能力极强的羟基自由基（OH ）。染料的去除主要是通过矿化和Fe（OH）3的絮凝作用。并且过氧化絮凝体系降解染料所消耗的能耗很低。从紫外吸收光谱可以看出，pH值对茜素红的氧化过程影响很小，但对刚果红、茜素红和刚果红混合溶液的降解路径有重要影响。pH值为3，电流密度为12 mA/cm2时，电解120 min后，茜素红、刚果红和茜素红和刚果红混合溶液TOC的去除率分别为94.06%，91.80%和95.52%。相对应的比能耗分别是0.8736，0.8592和0.8976 kWh m 3。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 染料废水概况
• 1.2 染料废水的去除方法
• 1.2.1 吸附法
• 1.2.2 絮凝法
• 1.2.3 氧化法
• 1.2.4 电化学法
• 1.2.5 生物降解法
• 1.3 高级氧化技术
• 1.3.1 高级氧化技术概述
• 1.3.2 高级氧化技术的特点
• 1.3.3 高级氧化技术存在的问题
• 1.4 过氧化絮凝技术的应用
• 1.4.1 过氧化絮凝技术的应用原理
• 1.4.2 过氧化絮凝技术的研究进展
• 1.5 研究的目的和主要内容
• 第2章 新颖高效的乙炔黑-PTFE 阴极制备及电化学产生 H2O2
• 2.1 概述
• 2.1.1 阴极电生 H2O2的机理
• 2.2 试验过程
• 2.2.1 材料、药品试剂
• 2.2.2 实验仪器与装置
• 2.2.3 实验步骤
• 2.3 实验分析方法
• 2.4 结果和讨论
• 2.4.1 阴极的特征
• 2.4.2 阴极的活性
• 2.4.3 阴极的稳定性
• 2.5 本章小结
• 第3章 过氧化絮凝法处理茜素红模拟染料废水
• 3.1 环境中污染物的电化学去除
• 3.1.1 电化学方法及其特点
• 3.1.2 过氧化絮凝方法和电-Fenton 方法在处理废水中的应用
• 3.1.3 茜素红染料的化学性质及其化学结构
• 3.2 实验过程
• 3.2.1 化学试剂与材料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验步骤
• 3.2.4 分析方法
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 紫外可见分光光度计分析和 TOC 去除
• 3.3.2 过氧化絮凝体系与电絮凝体系处理茜素红染料的比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 过氧化絮凝法降解刚果红和茜素红、刚果红二者混合模拟染料废水
• 4.1 实验过程
• 4.1.1 化学试剂与材料
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 实验步骤
• 4.2 过氧化絮凝降解刚果红模拟染料废水
• 4.2.1 刚果红染料的化学性质及其化学结构
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 紫外可见分光光度计分析和 TOC 去除
• 4.4 过氧化絮凝降解刚果红和茜素红混合模拟染料废水
• 4.4.1 紫外可见分光光度计分析和 TOC 去除
• 4.4.2 电流密度的影响
• 4.4.3 比能耗计算和电解前后 pH 值变化
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介